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1、电子课程设计电机定时调速器一、激光三角法测三维表面综述目录一、总体设计要求3二、自主设计部分4一、设计原理4二、电路设计4三、元器件清单19三、实际电路部分20一、Altium Designer原理图20二、PCB图20三、元件清单21四、课程设计总结22五、参考文献22一、 总体设计要求一、设计目的通过本设计过程，掌握模拟电子电路设计中，关于直流电动机调速原理，并掌握数字电子电路中关于定时器、PWM发生器、计数器等环节电路的设计。二、设计任务实现一种模仿全自动洗衣机主轴电机运转的控制器。1.基本设计要求通过对直流电机的正反转控制，实现模仿全自动洗衣机运行模式，即实现“正转”“停止”“反转”“
2、停止”的运动过程；“正转”“停止”“反转”“停止”各阶段运行时间控制为61秒的范围内。2.扩展设计要求电机的转速可调，利用电位器实现PWM或电压调节；实现对直流电机的“延时启动”和“定时关闭”；延时启动和定时关闭的预置时间均可调。三、设计原理分别用两个定时器给出电机延时启动和定时关闭的控制信号。再使用振荡器产生秒脉冲信号，通过二进制计数器产生相应的转动和方向逻辑关系。电机的转速采用PWM控制方式，电机的方向用继电器进行换向，逻辑图如图1-1所示。图1-1二、自主设计部分一、设计原理 根据已知设计原理及本身掌握的一些数字电路基础，对整体逻辑进行了一些小的改动，使方向信号即为转动信号，当有方向信号
3、时，电机转动，否则电机不转动，具体逻辑如图2-1所示。与门秒脉冲发生器计数器与门定时器（启动） 方向信号与门定时器（关闭）直流电动机双刀双掷继电器换向PWM发生器图2-1二、电路设计1.由555构成的占空比可调的PWM发生器电路1 利用CMOS定时器（亦称时基电路）ICM7555，组成占空比可调的脉冲发生器，由定时器构成矩形波发生器电路图如图2-2所示(令R2x=R2+R1)。图2-2其主要特点是占空比与振荡频率之间彼此独立，互不影响，且占空比调节范围宽。先利用隔离二极管VD1、VD2把定时器电容C1的充、放电回路分开。充电回路为：UDDR1VD1C1Uss，放电回路：C1VD2R2ICM75
4、55内部放电管Uss。一次，它能在很宽的频率范围内调节占空比而不影响振荡频率。计算占空比和振荡频率的公式分别为DR1R1+R2x100% f1.44R1+R2xC 将图中的电位器滑动触头旋至a端时，R1=2.2K,R2x=12.2K,代入式中得到D15.3%。同理，当滑动触头旋到b端时，D84.7%。因此，该电路的占空比调节范围是（15.3%，84.7%），而振荡频率始终保持1KHZ不变。仿真原理图如图2-3所示，仿真结果图如图2-4、图2-5所示，其中图2-4和图2-5分别为R3=7K和R3=2 K时的波形情况。图2-3图2-4图2-5由图2-4、图2-5可知，当R3变化时，T2-T1发生变
5、化，而电路振荡频率不变，所以输出波形的占空比发生变化，因此，此电路能作为频率为1KHZ的PWM发生器。2由555构成的秒脉冲发生器电路利用CMOS定时器（亦称时基电路）ICM7555，组成秒脉冲发生器，由定时器构成矩形波发生器电路图如图2-6所示。图2-6f1.44R1+2R2C由R1=48K,R2=48K，C=10f,可得振荡频率为1HZ，即周期为1S。仿真原理图如图2-7所示，仿真结果图如图2-8所示。图2-7图2-8由示图2-8中波器显示可知，输出频率约为1HZ。3由555构成的定时控制开启和关闭电路 利用555构成的定时控制电路如图2-9所示，上下两个输出分别控制开启和关闭。以下半部分
6、定时控制关闭为例，定时长短由R1、C1决定，T1max=1.1R1C1。因此由于两个滑动变阻器的最大值分别为1M、100K，因此，T1max=1.1R1C1=1.1110610010-6=110s, T2max=1.1R2C3=1.110010310010-6=11s。其中R1、R3可根据需要更换。图2-9当R1=200K、R2=50K时的仿真原理图如图2-10所示，仿真结果图如图2-11、图2-12所示。图2-10图2-11如图2-11所示，当R2=50K时，T2=5.47s，计算可得，T2=1.1R2C3=1.15010310010-6=5.5s，因此结果正确。图2-12如图2-12所示，
7、当R1=200K时，T2=21.880s，计算可得，T1=1.1R1C1=1.120010310010-6=22s，因此结果正确。4控制电动机正反转电路根据设计原理，采用继电器使双刀双掷开关换向的方式实现使电机正反转的目的。设计电路如图2-13所示，其中K1为继电器1的触点，当线圈KK1通电时，K1闭合，否则断开，因此，当线圈K1通电，即K1闭合时，电机正转，否则反转。图2-13仿真原理图如图2-14所示，仿真结果图如图2-15、图2-16所示，其中图2-15和图2-16分别为电机正转和反转时的仿真结果。图2-14图2-15图2-165计数电路计数电路由集成计数器74LS161构成，74LS1
8、61工作状态如表2-1所示。 74LS161功能表2表2-1由表2-1可知其管脚连接方式，得原理图如图2-17所示。图2-17分析图2-17可知，U1、U2分别为六进制计数器和四进制计数器，当U1中Qd1Qc1Qb1Qa1=0110时清零，开始重新计数，U2CLk端与U1CLR端相连，因此每当U1完成六进制计数一次，U2获得一个脉冲信号，当U2中Qd2Qc2Qb2Qa2=0100时清零，开始重新计数。其中正转信号端口zheng= Qa2X Qb2,反转信号端口fan= Qa2X Qb2,因此可得U1、U2、zheng、fan在一个“正转”“停止”“反转”“停止”周期中的状态表如表2-2所示。U
9、1U2ZhengfanQd1 Qc1 Qb1 Qa1Qd2 Qc2 Qb2 Qa2 Qa2X Qb2 Qa2X Qb20 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 0 0 0100 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 1 0 0 0 1 000 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 0 1 0010 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 0 1 100表2-2 仿真原理图如图2-18所示，用函数信号发生器产生占空比为90
10、%的1HZ方波代替秒脉冲产生的方波，用双通道示波器显示正转、反转信号的波形。图2-18仿真结果图如图2-19、图2-20、图2-21、图2-22、图2-23所示，其中上方波形为正转波形，下方波形为下移了两格的反转波形。图2-19由于75LS161是下降沿触发，因此当矩形波占空比为90%时，在首个转动周期中，电机正转时间为5.9S，停止、反转、停止时间不变，为6S，因此，第一个转动周期为23.9S，剩余转动周期为24S。如图所示，第一个正转时间为5.812S，第二个正转时间为5.983S，而第一个反转时间5.938S，即仿真结果与理论结果相符。图2-20图2-21图2-22图2-236整体电路以
11、及各电路连接部分 整体电路如图2-24所示。图2-24把zheng和fan通过或门（由两个非门、一个与非门组合而成）产生的信号用与门与PWM信号、电机开启信号相与，所得信号为电动机供电。因此，当zheng+fan=0时，电机停止转动，否则电动机转动，如图2-25所示。图2-25由于Multisim中的继电器无法满足设计电路的要求，因此电路中用电阻KK1及开关K1组合成继电器1。如图所示，当zheng=1时，KK1得电，因此K1闭合，电机正转，否则，电机反转，如图2-26所示。图2-26由于Multisim中的继电器无法满足要求，因此整体电路无法仿真。三、元器件清单 所需元件清单如表2-3所示。
12、元器件序号型号数量12345678910111213141516171874LS161D7408J7404N7400N74F11NNE555滑动变阻器10K滑动变阻器100K滑动变阻器1M定值电阻2.2K定值电阻48K电容10nf电容0.1f电容10f电容100f继电器点动开关六脚自锁开关246214111321412121表2-3三、实际电路部分一、Altium Designer原理图 Altium Designer原理图如图3-1所示。图3-1二、PCB图PCB图如图3-2所示，由于焊接使用的是万用板，因此根据实际焊接方式进行布线，交点位置为焊盘位置，走线方式为直角，外围红色方框为万用板形状，实际焊接时完全依照PCB图进行。图3-2三、元件清单所需元件如表3-1所示。元器件序号型号数量12345678910111213141516171819202174LS16174LS08N74LS04NNE555继电器FR207微调电阻105微调电阻303微调电阻104定值电阻100定值电阻200定值电阻1K电解电容47f电解电容10f瓷片电容103独石电容104S9013点动开关六脚自锁开关电源接口直流电机111412221221314521111表3-1四、课程设计总结在本次的课程设计中，遇到了很多问题，焊板花了两天，调试花了三天，因此收获了很多经验，具体错误及心得如下 ：1
